Fosfor și compușii săi. Aplicarea practică a compușilor fosforului

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Modificat ultima dată: 2023-12-17 05:39

Printre elementele biogene, un loc special ar trebui acordat fosforului. Într-adevăr, fără ea, existența unor astfel de compuși vitali, cum ar fi, de exemplu, ATP sau fosfolipide, precum și multe alte substanțe organice, este imposibilă. În același timp, materia anorganică a acestui element este foarte bogată în diverse molecule. Fosforul și compușii săi sunt utilizați pe scară largă în industrie, sunt participanți importanți la procesele biologice și sunt utilizați în diferite ramuri ale activității umane. Prin urmare, luați în considerare ce este acest element, care sunt substanța sa simplă și cei mai importanți compuși.

Fosfor: caracteristici generale ale elementului

Poziția în tabelul periodic poate fi descrisă în mai multe puncte.

1. Al cincilea grup, subgrup principal.
2. A treia perioadă mică.
3. Număr ordinal - 15.
4. Masa atomică este 30.974.
5. Configurația electronică a atomului 1s²2s²2p⁶3s2^3p3.
6. Stări de oxidare posibile de la-3 până la +5.
7. Simbol chimic - P, pronunție în formule „pe”. Numele elementului este fosfor. Nume latin Fosfor.

Istoria descoperirii acestui atom datează din îndepărtatul secol al XII-lea. Chiar și în evidențele alchimiștilor existau informații care indicau primirea unei substanțe „luminoase” necunoscute. Cu toate acestea, data oficială pentru sinteza și descoperirea fosforului a fost 1669. Comerciantul falimentar Brand, în căutarea pietrei filozofale, a sintetizat accidental o substanță capabilă să emită o strălucire și să ardă cu o flacără strălucitoare orbitoare. A făcut acest lucru calcinând în mod repetat urina umană.

După aceasta, independent unul de celăl alt, acest element a fost primit aproximativ în aceleași moduri:

• I. Kunkel;
• R. Boyle;
• A. Margrave;
• K. Scheele;
• A. Lavoisier.

Astăzi, una dintre cele mai populare metode pentru sinteza acestei substanțe este reducerea mineralelor corespunzătoare care conțin fosfor la temperaturi ridicate sub influența monoxidului de carbon și a silicei. Procesul se desfășoară în cuptoare speciale. Fosforul și compușii săi sunt substanțe foarte importante atât pentru ființe vii, cât și pentru multe sinteze din industria chimică. Prin urmare, ar trebui să luăm în considerare ce este acest element ca substanță simplă și unde se găsește în natură.

substanță simplă fosfor

Este greu să numești un anumit compus când vine vorba de fosfor. Acest lucru se datorează numeroaselormodificări alotropice pe care le are acest element. Există patru varietăți principale de substanță simplă fosfor.

1. Alb. Acesta este un compus a cărui formulă este Р₄. Este o substanță volatilă albă, cu un miros neplăcut ascuțit de usturoi. Se aprinde spontan în aer la temperaturi normale. Arde cu o lumină verde pal luminoasă. Foarte otrăvitoare și pune viața în pericol. Activitatea chimică este extrem de mare, astfel că se obține și se depozitează sub un strat de apă purificată. Acest lucru este posibil din cauza solubilității slabe în solvenți polari. Disulfura de carbon și substanțele organice sunt cele mai potrivite pentru acest fosfor alb. Când este încălzit, este capabil să se transforme în următoarea formă alotropică - fosfor roșu. La condensarea și răcirea vaporilor, este capabil să formeze straturi. Uleioasă la atingere, moale, tăiată ușor cu un cuțit, albă (ușor gălbuie). Punct de topire 44⁰C. Datorită activității sale chimice este utilizat în sinteze. Dar, datorită toxicității sale, nu are o aplicație industrială largă.
2. Galben. Este o formă slab purificată de fosfor alb. Este și mai otrăvitoare, miroase neplăcut și a usturoi. Se aprinde și arde cu o flacără verde strălucitoare. Aceste cristale galbene sau maro nu se dizolvă deloc în apă; atunci când sunt complet oxidate, emit pufături de fum alb cu compoziția P₄O₁₀.
3. Fosforul roșu și compușii săi sunt cea mai comună și mai frecvent utilizată modificare a acestei substanțe în industrie. Masa rosie pastoasa, care sub presiune crescuta poatepentru a trece sub formă de cristale violet, este inactiv din punct de vedere chimic. Este un polimer care se poate dizolva doar în anumite metale și nimic altceva. La o temperatură de 250⁰С, se sublimează, transformându-se într-o modificare albă. Nu la fel de toxic ca formele anterioare. Cu toate acestea, expunerea pe termen lung la organism este toxică. Este folosit la aplicarea unui strat incendiar pe cutiile de chibrituri. Acest lucru se explică prin faptul că nu se poate aprinde spontan, dar explodează (se aprinde) în timpul denotației și frecării.
4. Negru. Conform datelor externe, este foarte asemănător cu grafitul, este și gras la atingere. Este un semiconductor electric. Cristale închise la culoare, strălucitoare, care nu se pot dizolva deloc în niciun solvenți. Pentru ca acesta să ia foc, sunt necesare temperaturi foarte ridicate și încălzire prealabilă.

De asemenea, este interesantă forma recent descoperită a fosforului - metalic. Este un conductor și are o rețea cristalină cubică.

Proprietăți chimice

Proprietățile chimice ale fosforului depind de forma în care se află. După cum am menționat mai sus, cea mai activă modificare galbenă și albă. În general, fosforul poate interacționa cu:

• metale, formând fosfuri și acționând ca un agent de oxidare;
• nemetale, care acționează ca agent reducător și formează compuși volatili și nevolatili de diferite tipuri;
• agenți oxidanți puternici, transformându-se în acid fosforic;
• cu alcalii caustice concentrate după tipdisproporționare;
• cu apă la temperatură foarte ridicată;
• cu oxigen pentru a forma diferiți oxizi.

Proprietățile chimice ale fosforului sunt similare cu cele ale azotului. La urma urmei, el face parte din grupul de pnictogeni. Cu toate acestea, activitatea este cu câteva ordine de mărime mai mare datorită varietății de modificări alotropice.

A fi în natură

Ca nutrient, fosforul este foarte abundent. Procentul său în scoarța terestră este de 0,09%. Acesta este un indicator destul de mare. Unde se găsește acest atom în natură? Există mai multe locuri principale de numit:

• partea verde a plantelor, semințele și fructele acestora;
• țesuturi animale (mușchi, oase, smalț dentar, mulți compuși organici importanți);
• crust;
• sol;
• roci și minerale;
• apă de mare.

În acest caz, putem vorbi doar despre forme înrudite, dar nu despre o simplă substanță. La urma urmei, este extrem de activ, iar acest lucru nu-i permite să fie liber. Printre mineralele cele mai bogate în fosfor se numără:

• engleză;
• fluorapaptite;
• svanbergite;
• fosforit și altele.

Semnificația biologică a acestui element nu poate fi supraestimată. La urma urmei, face parte din compuși precum:

• proteine;
• fosfolipide;
• ADN;
• ARN;
• fosfoproteine;
• enzime.

Adica toate cele care sunt vitale si din care este construit intregul organism. Doza zilnică pentru un adult mediu este de aproximativ 2 grame.

Fosfor și compușii săi

Fiind foarte activ, acest element formează multe substanțe diferite. La urma urmei, formează și fosfuri și el însuși acționează ca un agent reducător. Din această cauză, este dificil de a numi un element care ar fi inert atunci când ar reacționa cu el. Prin urmare, formulele compușilor fosforului sunt extrem de diverse. Există mai multe clase de substanțe în formarea cărora el este un participant activ.

1. Compuși binari - oxizi, fosfuri, compus volatil de hidrogen, sulfură, nitrură și altele. De exemplu: P₂O₅, PCL₃, P_2S3_{, PH}3 _{și altele.}
2. Substanțe complexe: săruri de toate tipurile (medii, acide, bazice, duble, complexe), acizi. Exemplu: N₃PO₄, Na₃PO₄, H₄P₂O₆, Ca(H_{2 PO}4₎2_{, (NH}4₎2 HPO₄ și altele.
3. Compuși organici care conțin oxigen: proteine, fosfolipide, ATP, ADN, ARN și altele.

Majoritatea tipurilor de substanțe desemnate sunt de mare importanță industrială și biologică. Utilizarea fosforului și a compușilor săi este posibilă atât în scopuri medicale, cât și pentru fabricarea unor articole de uz casnic destul de obișnuite.

Compuși cu metale

Compușii binari ai fosforului cu metale și nemetale mai puțin electronegative se numesc fosfuri. Acestea sunt substanțe asemănătoare sării care sunt extrem de instabile atunci când sunt expuse la diferiți agenți. Descompunerea rapidă (hidroliza) provoacă chiarapă plată.

În plus, sub acțiunea acizilor neconcentrați, substanța se descompune și în produsele corespunzătoare. De exemplu, dacă vorbim despre hidroliza fosfurei de calciu, atunci produsele vor fi hidroxid de metal și fosfină:

Ca₃P₂ + 6H₂O=3Ca(OH) 2 _{+ 2PH}3_↑

Și supunând fosfura la descompunere sub acțiunea unui acid mineral, obținem sarea și fosfina corespunzătoare:

Ca₃P₂ + 6HCL=3CaCL₂ + 2PH ₃↑

În general, valoarea compușilor luați în considerare rezidă tocmai în faptul că în rezultat se formează un compus hidrogen al fosforului, ale cărui proprietăți vor fi considerate mai jos.

Substanțe volatile pe bază de fosfor

Există două principale:

• fosfor alb;
• fosfină.

Am menționat deja pe primul mai sus și am dat caracteristicile. Ei au spus că era un fum alb gros, foarte otrăvitor, urât mirositor și care se aprinde singur în condiții normale.

Dar ce este fosfina? Aceasta este cea mai comună și mai cunoscută substanță volatilă, care include elementul în cauză. Este binar, iar al doilea participant este hidrogenul. Formula compusului hidrogen al fosforului este pH₃, numele este fosfină.

Proprietățile acestei substanțe pot fi descrise după cum urmează.

1. Gaz volatil incolor.
2. Foarte otrăvitor.
3. Miroase a pește putred.
4. Nu interacționează cu apa și se dizolvă foarte slab în ea. Bine solubil înorganice.
5. În condiții normale, foarte reactiv.
6. Se aprinde în aer.
7. Produs din descompunerea fosfurilor metalice.

Un alt nume este Phosphane. Poveștile din cele mai vechi timpuri sunt asociate cu el. Totul este despre „luminile rătăcitoare” pe care oamenii le vedeau și le văd uneori acum în cimitire și mlaștini. Luminile sferice sau asemănătoare lumânărilor care apar pe ici pe colo, dând impresia de mișcare, erau considerate un semn rău, iar superstițioșii le era foarte frică de ele. Cauza acestui fenomen, conform concepțiilor moderne ale unor oameni de știință, poate fi considerată arderea spontană a fosfinei, care se formează în mod natural în timpul descompunerii reziduurilor organice, atât vegetale, cât și animale. Gazul iese și, în contact cu oxigenul din aer, se aprinde. Culoarea și dimensiunea flăcării pot varia. Cel mai adesea, acestea sunt lumini strălucitoare verzui.

Evident, toți compușii volatili ai fosforului sunt substanțe otrăvitoare care sunt ușor de detectat printr-un miros neplăcut ascuțit. Acest semn ajută la evitarea otrăvirii și a consecințelor neplăcute.

Compuși cu nemetale

Dacă fosforul se comportă ca un agent reducător, atunci ar trebui să vorbim despre compuși binari cu nemetale. Cel mai adesea, ele sunt mai electronegative. Deci, putem distinge mai multe tipuri de substanțe de acest fel:

• compus de fosfor și sulf - sulfură de fosfor P₂S₃;
• clorură de fosfor III, V;
• oxizi și anhidridă;
• bromură și iodură și altele.

Chimia fosforului și a compușilor săi este diversă, așa că este dificil de identificat pe cei mai importanți dintre ei. Dacă vorbim în mod specific despre substanțele care se formează din fosfor și nemetale, atunci oxizii și clorurile de diferite compoziții sunt de cea mai mare importanță. Sunt folosiți în sinteze chimice ca agenți de deshidratare, ca catalizatori și așa mai departe.

Deci, unul dintre cei mai puternici agenți de uscare este cel mai mare oxid de fosfor - P₂O₅. Atrage apa atât de puternic încât la contactul direct cu ea are loc o reacție violentă cu însoțire de zgomot puternic. Substanța în sine este o masă albă asemănătoare zăpezii, mai aproape de amorfă în starea sa de agregare.

Compuși organici oxigenați cu fosfor

Se știe că chimia organică depășește cu mult chimia anorganică în ceea ce privește numărul de compuși. Acest lucru se explică prin fenomenul de izomerie și prin capacitatea atomilor de carbon de a forma lanțuri de atomi de diferite structuri, închizându-se între ele. Desigur, există o anumită ordine, adică o clasificare, căreia îi este supusă toată chimia organică. Clasele de conexiune sunt diferite, cu toate acestea, ne interesează una anume, direct legată de elementul în cauză. Aceștia sunt compuși care conțin oxigen și fosfor. Acestea includ:

• coenzime - NADP, ATP, FMN, fosfat de piridoxal și altele;
• proteine;
• acizi nucleici, deoarece reziduul de acid fosforic face parte din nucleotidă;
• fosfolipide și fosfoproteine;
• enzime și catalizatori.

Tip de ion în carefosforul este implicat în formarea unei molecule din acești compuși, următorul este PO₄^3-, adică este un reziduu acid de acid fosforic. Este prezent în unele proteine ca atom liber sau ion simplu.

Pentru funcționarea normală a oricărui organism viu, acest element și compușii organici formați de acesta sunt extrem de importanți și necesari. Într-adevăr, fără molecule de proteine, este imposibil să construiești o singură parte structurală a corpului. Iar ADN-ul și ARN-ul sunt principalii purtători și transmițători de informații ereditare. În general, toate conexiunile trebuie să fie prezente fără greșeală.

Utilizarea fosforului în industrie

Utilizarea fosforului și a compușilor săi în industrie poate fi caracterizată în mai multe puncte.

1. Folosit la fabricarea chibriturilor, a compușilor explozivi, a bombelor incendiare, a unor combustibili, a lubrifianților.
2. Ca absorbant de gaze și în fabricarea lămpilor cu incandescență.
3. Pentru a proteja metalele împotriva coroziunii.
4. În agricultură ca îngrășământ pentru sol.
5. Ca dedurizator de apă.
6. În sintezele chimice în producerea diferitelor substanțe.

Rolul în organismele vii se reduce la participarea la formarea smalțului dentar și a oaselor. Participarea la reacțiile de ana- și catabolism, precum și menținerea tamponării mediului intern al celulei și fluidelor biologice. Este baza în sinteza ADN-ului, ARN-ului, fosfolipidelor.